作者zzss2003 (brotherD)
看板Physics
标题[问题]导体内部电流drift speed vs average spee
时间Mon Jan 16 00:25:12 2017
【出处】serway's principles of physics, chapter 21
【题目】搞不清楚average speed 与 drift speed的差别
图1:
http://imgur.com/a/mu6pN
图2:
http://imgur.com/a/I5pQ4
图3:
http://imgur.com/a/vkLyb
【瓶颈】在图1,课本写:if the carriers move with an average velocity component
vd in the x direction (along whe wire), the displacement they experience in
this direction in a time interval Δt is Δx = vd*Δt. The speed vd of the
charge carrier along the wire is an "average speed" called the "drift speed".
看完图1,我认定vd = average speed ,其中average speed又称作drift speed。
但在图3,最後一段写:The drift speed, however, is much smaller than the average
speed, so the parabolic shape is not visible on this scale.
所以,average speed并不等於drift speed。
我以为图2的内文会解释average speed跟drift speed的差异,但我发现并没有,故上来请
教各位大大。
图2的中文翻译大致如下:
我们已经认定了沿着线的drift speed就是average speed,但charge carriers绝对不会
用vd的速率作直线移动。考虑一个导体,在这导体里电荷载体是自由电子。在导体没有电
位差的情况下,这些电子会随机地移动并重复地与金属原子碰撞,产生如图3复杂的锯齿状
运动。当电位差被施加在导体上,电场在导体内部被建立,电场对自由电子施力并产生电
流。由於electric force所产生的电子移动重叠在原本电子的随机运动上,provide an
average velocity whose magnitude is the drift speed。
另外,单独关於图2,我也想另外请教一些问题。
net motion of electrons与电场方向相反,是因为电场是由正电荷发出负电荷终止,所以
导致electrons由左至右移动 对吧?
because of the accerleration of the charge carriers due to the electric force,
the paths are actually parabolic.
由於电力使电荷载子加速,所以paths 应该是要为抛物线的,我不懂这句话的前因後果。
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※ 编辑: zzss2003 (118.170.56.6), 01/16/2017 00:27:37
1F:推 a2218182822: 电子的随机运动视为直线锯齿状,外加电场就类似重力 01/16 09:03
2F:→ a2218182822: 场,运动物体在外加场下的运动会变成抛物线,这样应 01/16 09:03
3F:→ a2218182822: 该很容易想像 01/16 09:03
这样解释我懂了,就像一颗球往x轴方向平行丢出,y轴会受到g的影响而形成向下抛物线
4F:→ a2218182822: average speed应该是包含随机运动的平均速率,数值很 01/16 09:09
5F:→ a2218182822: 大。drift speed翻成飘移速率,是指在外加场下这些电 01/16 09:09
6F:→ a2218182822: 子除了随机运动之外,由电场所驱动的速率,数值相对 01/16 09:09
7F:→ a2218182822: 非常小。 01/16 09:09
8F:→ a2218182822: 最前面定义average speed = drift speed是在沿着电场 01/16 09:18
9F:→ a2218182822: 的某一轴得到的结果。 01/16 09:18
您是指在导体内部,外加电场驱动电子的速率,相对於电子随机碰撞原子所产生的飘移速
率,小非常多罗?
10F:推 sukeda: drift velocity means a steady state solution 01/16 10:01
不好意思,数学不好,这句看不懂QQ
※ 编辑: zzss2003 (118.170.61.135), 01/16/2017 14:13:40
13F:→ wohtp: 英文也是写得有点缠夹不清。 01/16 16:26
14F:→ wohtp: 一开始那一句是说,drift speed是「一种」平均速率。 01/16 16:27
15F:→ wohtp: 接下来开始解释它跟你直观所想的平均速率又不是同一个东西 01/16 16:28
16F:→ wohtp: 简单的讲,如果你先算长时间经过多次碰撞後的平均速度 01/16 16:29
17F:→ wohtp: 然後再取这个平均速度的绝对值,你会拿到drift speed 01/16 16:30
18F:→ wohtp: 但是如果你说,不管啦,我就是要把瞬间速度取绝对值以後再 01/16 16:30
19F:→ wohtp: 平均,或者可能你先找平均动能然後开根号...这样搞出来的平 01/16 16:33
20F:→ wohtp: 均速率会比较接近「粒子瞬间飞得多快」的意义,但就不是 01/16 16:33
21F:→ wohtp: drift speed了。 01/16 16:33
我大概懂意思了,图1一开始的average velocity是平均速度(有方向性,与路径无关)在这
的物理意义为:(载子与原子碰撞後的随机运动)+(受到电场影响的纯x轴载子移动)/(总时间
),由於在不是x轴的部分花了很多时间(碰撞後呈锯齿状运动,有很大部分为y轴分量;且
velocity只与displacement有关),所以average velocity会很低。
而drift speed定义为"只有在average speed沿着x方向时"才相等,所以drift speed就是
average speed的x轴分量(载子受到电场影响的漂移速率),但average speed不可能只有沿
着x轴的分量,还要加上载子与原子碰撞时产生的y轴分量。
※ 编辑: zzss2003 (125.224.98.201), 01/17/2017 18:01:03
22F:→ wohtp: 这...首先,速率speed是纯量喔,没有所谓分量的说法 01/17 19:35
23F:→ wohtp: 然後,虽然你的讲法在这个题目上跟我们说的差不多等价,我 01/17 19:37
24F:→ wohtp: 怕有什麽奇怪的系统会把你这个「取分量」的想法搞坏 01/17 19:39
25F:→ wohtp: 最安全的讲法是,想像你把镜头拉远再拉远,直到你看不清楚 01/17 19:40
26F:→ wohtp: 那个电子微观上被撞来撞去,只看得到它慢慢的、似乎很均匀 01/17 19:41
27F:→ wohtp: 的往一个方向移动 01/17 19:41
28F:→ wohtp: 那个速率就是drift speed 01/17 19:42